Самые масштабные и фантастичные из всех современных телекоммуникационных проектов обещают доступное подключение к Мировой сети сотням тысяч людей в отдаленных уголках планеты.
Кто сейчас имеет доступ к Интернету
В 2017 году всего чуть больше половины людей на планете был доступен выход в Интернет. По данным Internet World Stat наибольшее число пользователей Сети по отношению к населению региона сосредоточено в Европе и Северной Америке (80,2% и 88,1% соответственно), в то время как самые низкие показатели приходятся на Азию и Африку (46,7% и 31,2%). Эти области отличаются низким уровнем жизни, сложным рельефом и слаборазвитой телекоммуникационной инфраструктурой.
Для таких мест единственным способом подключения к сети Интернет остается спутниковая связь, однако она по-прежнему является дорогой. Слишком дорогой для жителей развивающихся стран. Пока Илон Маск, стоящий во главе частной космической корпорации SpaceX, вынашивает планы по созданию новой спутниковой сети, которая призвана сделать эту услугу доступной, крупнейшие игроки на рынке тестируют новые способы расширения интернет-инфраструктуры.
Парящие ретрансляторы – Project Loon
Project Loon – детище одной из компаний Alphabet Inc., холдинга, в состав которого входит Google. Иначе как амбициозной идею, зародившуюся в экспериментальной лаборатории «X», назвать сложно. Тесно связанные с Google инженеры предлагают развернуть беспроводные сети на гигантских территориях без использования постоянной наземной инфраструктуры и дорогих линий связи. Суть проекта зашифрована в названии, производном от английского “balloon” – воздушный шар, аэростат.
Инженеры Google с 2013 года планировали «доставку» Интернета до пользователей при помощи передатчиков, установленных на высотных аэростатах. Разработанные ими шары диаметром 15 и высотой 12 метров поднимаются на высоту от 18 до 25 километров в верхние слои атмосферы, туда, где не летают ни птицы, ни самолеты, зато постоянно дует ветер.
Стратосфера многослойна, и воздушные течения на различных высотах сильно отличаются и скоростью, и направлением. Кроме того, они достаточно стабильны и предсказуемы. В Google учатся использовать это свойство стратосферы для управления телекоммуникационными аэростатами.
Ни один из воздушных шаров Project Loon не имеет двигателя. Большая часть баллона заполнена гелием, но, накачивая воздух во второй резервуар, аэростат способен регулировать высоту полета и перемещаться между воздушными потоками в поисках попутного ветра.
На борту каждого воздушного судна Project Loon размещаются солнечные панели, аккумуляторы, которых достаточно для работы бортовой электроники в ночное время, приемопередатчики для связи с землей и другими воздушными шарами, а также парашют на случай неполадок. Все эти компоненты защищены от солнечной радиации и воздействия низких температур.
В лаборатории «X» рассчитывают поднять в воздух тысячи передатчиков. Вместе они образуют коммуникационную сеть, в которой аэростаты, находящиеся поблизости от наземной базовой станции, передают сигнал к абоненту по цепочке. Так, по расчетам компании, подключив аэростаты к базовой станции в сравнительно благополучном районе Африки, таком, как Йоханнесбург, Project Loon сможет развернуть беспроводную сеть на большей части континента.
Если при первых опытах на запуск воздушного шара требовалось порядка 12 часов, при том, что в воздухе он проводил не больше нескольких дней, то сейчас, при помощи мобильной пусковой установки, состоящей из 16-метрового крана и нескольких ветрозащитных щитов, инженеры запускают по одному шару раз в 30 минут. Время беспосадочного полета аэростата Project Loon увеличилось до 100 дней. Причем в Google рассчитывают продлить срок службы шара.
Долгое время основной проблемой проекта считалась невозможность организовать равномерное распределение воздушных шаров с ретрансляторами над территорией, нуждающейся в подключении к Интернету, однако в лаборатории «X» доказали, что это вполне реально.
Аэростаты Project Loon уже прошли «боевое крещение». В мае 2017 года они использовались для восстановления связи после наводнений в Перу, причем шары обеспечили связью даже те районы страны, где сигнала не было и до наводнения.
В октябре 2017 выходцы из Google повторили аналогичную операцию по восстановлению связи после урагана в Пуэрто-Рико. Благодаря Project Loon доступ к Сети получили более ста тысяч жителей страны. Воздушные шары прибыли с попутным ветром со стартовой площадки в штате Невада, удаленной от Пуэрто-Рико на 5000 километров.
Жители пострадавшей от наводнения страны получили связь по стандарту LTE, но с рядом ограничений. Сеть позволяла посылать SMS и подключаться к Интернету на сниженной скорости, но не поддерживала голосовые вызовы. Однако это было связано с тем, что в роли базовых станций пришлось использовать уцелевшие вышки местных операторов связи. Аэростаты, развернутые в не столь экстремальных условиях, обеспечат скорость коммуникации, эквивалентную обычным сетям сотовой связи. В идеале – без необходимости в дополнительных антеннах на земле.
Сделать мир более открытым – Aquila
Конкурирующий проект принадлежит Facebook. Социальная сеть также полагается на доставку передатчиков по воздуху, однако в компании Марка Цукерберга делают ставку не на аэростаты, а на беспилотные летательные аппараты самолетного типа. Детали проекта впечатляют не меньше, чем инициатива Project Loon.
БПЛА Aquila, «орел» в переводе с латыни, обладает размахом крыльев аэробуса Boeing 737, 34 метра, но весит при этом около 450 килограммов. Фюзеляж сверхлегкого беспилотника состоит из пеноматериала, обернутого в многослойное углеродное волокно. Получившийся в результате материал в три раза прочнее стали и легче, чем алюминий. Большая часть массы аппарата приходится не на корпус или электронику, а на бортовые батареи. Они рассчитаны на обеспечение аппарата энергией на протяжении 14 часов.
Днем Aquila должен подниматься на 28 километров для зарядки батарей, а ночью, чтобы сэкономить энергию, медленно планировать до высоты в 18 километров. Такая стратегия ограничивает дневное энергопотребление дрона приблизительно 5000 Ватт, что эквивалентно, например, трем мощным фенам.
Как и в случае с Project Loon, подключение к беспроводной сети будет обеспечивать наземная базовая станция. Ее сигнал будет передаваться от беспилотника к беспилотнику, пока не достигнет абонента. Однако сам способ распространения информации, что разрабатывает Facebook, на сегодняшний день оказывается передовым. Технология получила название Free Space Optics (FSO) – атмосферная оптическая линия связи. Речь идет об использовании для передачи сигнала безопасных инфракрасных лазеров и оптических приемников. Как оптоволокно, только без проводов.
Создание лазерной телекоммуникационной сети между находящимися в воздухе беспилотниками – нетривиальная задача, но в Facebook утверждают, что уже добились точности фокусировки лазера, достаточной, чтобы попасть в монетку с расстояния более 17 километров.
Сложности оправданы потому, что лазеры позволяют на порядки превзойти скорость передачи данных, присущую обычным радиопередатчикам. В различных источниках называются цифры в пределах от 10 до 30 мегабит в секунду.
Но есть у системы и недостатки. Абонентам потребуются особые приемные станции. Связь работает только в условиях прямой видимости, а стабильность FSO-соединения зависит от погодных условий. Облачность и туманы способны помешать передаче данных. Видимо, по этой причине дроны также планируется оснащать LTE и Wi-Fi-передатчиками.
Facebook создает совершенно новый канал связи, так что неудивительно, что пока инженеры компании отстают от лаборатории «X», полагающейся на распространенные и отработанные технологии. Создателям Aquila еще предстоит решить целый ряд проблем.
Так, самолетная схема накладывает жесткие ограничения на вес беспилотного летательного аппарата. Оптимальный баланс между грузоподъемностью аппарата, емкостью бортовых батарей и энергопотреблением электроники еще предстоит найти в процессе испытаний. Поскольку у Aquila большая площадь планера, беспилотник сильнее повержен турбулентности, чем аэростаты Google и, конечно, хуже удерживает высоту. Крыло нуждается в доработке, оно должно как можно лучше противостоять возникающим в полете нагрузкам.
Именно сочетание легкости конструкции и сильного ветра привело к аварии, которой закончился первый полет Aquila в июне 2016 года. Он проходил в автоматическом режиме и продлился полтора часа. БПЛА не поднимался выше 700 метров, однако все равно пострадал от ветра, нарушившего процедуру посадки и приведшего к повреждению крыла.
После расследования инцидента беспилотник поднялся в воздух вновь только в мае 2017 года и на этот раз прошел испытания без происшествий. Максимальная высота полета увеличилась до одного километра. Стоит отметить, что пока речь идет лишь об испытании планера. Передавать информацию с БПЛА на землю по оптическому каналу связи в Facebook еще не пытались. Так что сроки внедрения оцениваются осторожно и весьма приблизительно. Пока речь идет о периоде с 2020 по 2022 год.
За кем будущее?
Alphabet стремится обеспечить базовый доступ в Интернет в мировом масштабе как можно быстрее, в то время как идея Facebook, хотя и сложнее в реализации, потенциально способна предоставить широкополосный выход в Интернет в самых удаленных уголках мира.
Интерес компаний к запуску антенн-ретрансляторов в воздух вовсе не бескорыстен. Интернет-гиганты борются за новую аудиторию для своих сервисов, как и любые другие участники рынка, только их инициативы под стать масштабам компаний – глобальны.
Не столь уж важно, чья технология первой станет коммерчески жизнеспособной и экономически оправданной. И тот, и другой проекты имеют важнейшее значение для жителей регионов, где Интернет недоступен, и потенциально способны принести пользу всему человечеству.
Впервые опубликовано в блоге Onlime.